Задача 31.

Фотосинтез протекает в клетках растений, водорослей и фототрофных бактерий. У большинства из них фотосинтез сопровождается использованием в качестве доноров электронов Н₂О и выделением О₂. И только у аноксигенных бактерий Anoxyphotobacteria, вместо Н₂О роль доноров ē могут выполнять некоторые восстановленные соединения, например, Н₂S. Что при этом образуется?

Ответ: При этом образуется сера:

СО₂ + 2Н₂S → (СН₂О) + Н₂О + 2S

Задача 32.

С₄-путь (цикл Хетча-Слэка-Карпилова), отличается присутствием дополнительной начальной стадии – фиксации СО₂ в составе оксалоацетата (4С). Эту реакцию катализирует ФЕП-карбоксилаза - более активный фермент, чем рибулозо-дифосфат-карбоксилаза. Но этот путь требует дополнительных стадий и затрат энергии: на фиксацию 1 СО₂ затрачивается 5АТФ вместо 3-х в С₃-пути. Однако С₄-растения (кукуруза, сахарный тростник, сорго, многие сорняки) растут гораздо быстрее, чем С₃-растения (пшеница, рожь, овес, рис и др.). Объясните почему?

Ответ: Причина в фотодыхании – расточительном процессе, характерном только для С₃-растений. Это происходит за счет оксигеназной активности рибулозодифосфаткарбоксилазы. О₂ конкурирует с СО₂ за активный центр карбоксилазы, в результате чего часть рибулозодифосфата превращается в фосфогликолат. Этого не происходит у С₄-растений, т.к. большинство из них произошли из тропических стран, где высокое испарение влаги заставило выработать механизм закрывания устьиц, через которые ткани вентилируются газами в самые жаркие часы дня (при максимальном солнечном освещении). С₄-растения запасают СО₂ в составе малата или аспартата (образуются из ЩУК в цикле Хетча-Слэка-Карпилова), а затем расходуют по мере надобности. В этом случае концентрация СО₂ всегда высокая и отсутствует конкуренция с О₂, т.к. он поступает в клетки в ограниченном количестве при закрывании устьиц.

Задача 33.

Известно, что помимо таких углеводов как крахмал, сахароза, лактоза пища должна содержать группу полисахаридов, объединяемых в группу так называемых балластных веществ или пищевых волокон. Какие полисахариды входят в эту группу? Каково их значение для нормального питания?

Ответ: Желудочно-кишечный тракт не содержит ферментов, способных расщеплять такие полисахариды как целлюлоза (клетчатка) и инулин . В то же время не перевариваемые углеводы - основной компонент пищевых волокон - необходимый компонент питания, поскольку они стимулируют моторику ЖКТ, ускоряют развитие чувства насыщения, способны адсорбировать холестерин, некоторые токсические вещества. К пищевым волокнам относится также лигнин – сложный полимер, состоящий из фенилпропаноидных единиц, а также пектиновые вещества и альгиновые кислоты, обладающие желеобразующими свойствами. Рекомендуемое потребление пищевых волокон составляет 25 г в день для женщин и 38 г – для мужчин.

Химическая структура некоторых полисахаридов, относящихся к группе пищевых волокон.

Целлюлоза – полимер, состоящий из D – глюкопиранозных остатков, соединенных β (1→4) гликозидными связями:

М_r от 400 000 до 1-2 млн

Инулин – полисахарид, накапливающийся в клубнях растений, состоит из D – фруктофуранозных звеньев, соединенных β (1→2) связями

Пектиновые вещества – растительные полисахариды производные пектовой (полигалактуроновой) кислоты:

Альгиновые кислоты – полисахариды бурых водорослей, состоящие из остатков D – маннуроновой и D - гулуроновой кислот, связанных β (1→4) гликозидными связями.

Задача 34.

На включении одного остатка глюкозы в структуру гликогена затрачивается 2 макроэргические связи – 2 молекулы АТФ. И все же, почему, несмотря на «затратность» биосинтеза гликогена, главное клеточное топливо хранится в виде полисахарида, а не в форме свободной глюкозы? Чем объясняется большая разветвленность гликогена, по сравнению с запасным полисахаридом растений – крахмалом?

Ответ:

(стрелками указаны точки действия гликогенфосфорилазы)

Глюкоза растворима в воде, следовательно, обладает осмотическими свойствами. Свободная глюкоза в количествах, равноценных количеству гликогена, приводила бы к осмотическому шоку – лизису клеток. Большая разветвленность гликогена объясняется механизмом его мобилизации. Гликогенфосфорилаза отщепляет путем фосфоролиза концевые нередуцирующие остатки глюкозы. Следовательно, большая разветвленность обеспечивает более быстрый приток глюкозы – главного энергетического субстрата.